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煤的清洁转化利用是符合人类可持续发展目标的重要能源技术,煤气化过程产生的气体中硫主要以硫化氢的形式存在,高温煤气脱硫是提高能源利用效率的关键,低温煤气精脱硫则是为合理利用洁净氢能源把关。
本文是在鲍国航和张一帆等进行的高温脱硫研究背景下开展的低温段精脱硫试验研究。通过阅读国内外有关低温精脱硫文献资料以及对几种具有脱硫性能的金属氧化物和H2S反应的热力学计算的情况下,筛选出在本课题实验条件下有较好脱硫性能的氧化锌作为脱硫剂主要活性成分。
以Zn(NO3)2为前驱体、γ-Al2O3为载体,用浸渍法制备了负载型ZnO脱硫剂,用X射线衍射(XRD)分析方法、BET对制得的脱硫剂进行检测。分析和实验表明:制得的脱硫剂存在一个单层分散阈值,当负载量低于单层分散阈值时,ZnO将以单层或亚单层状态分散在载体γ-Al2O3上(XRD检测不到),当高于单层分散阈值时,除了单层或亚单层以外,ZnO晶体也将出现,通过XRD衍射图谱可以观察到ZnO晶体的衍射峰,此外,低于此单层分散阈值,随着负载量的增加,比表面积下降明显,反之,则变化平缓。在固定床反应器中,考察了制备条件、空速、气氛、硫化温度等条件对脱硫剂脱硫性能的影响,对比分析了负载型ZnO脱硫剂和分析纯ZnO脱硫的优劣,并对负载型ZnO脱硫剂进行了再生性能的初步研究。通过低温煤气脱硫及再生实验研究可得出如下主要结论:以Zn(NO3)2为前驱体、γ-Al2O3为载体,用浸渍法制备了负载型ZnO脱硫剂有很好的低温脱硫性能,当负载量为20%、400℃焙烧3小时、浸渍2天制备的脱硫剂表现出最好的脱硫效果,脱硫精度保持在0.1ppm以下,在无氧条件下的活性穿透硫容达到8.68gS/100gZnO,这一负载量即为400℃活性ZnO在载体上的单层分散阈值。原料气中一定含量的H2气氛对脱硫有正效应。对比分析纯ZnO发现,负载型ZnO脱硫剂在活性穿透硫容上明显优于分析纯ZnO。对再生性能的研究发现,要想使脱硫剂能够再生循环利用,必须制备经650℃焙烧而得的最佳脱硫剂。
通过研究确定了该脱硫剂的最佳制备工艺及其最佳工作温度,通过脱硫活性评价,结果表明,在低温区(25-400℃),焦炉煤气气氛下,该脱硫剂对气体中的硫化氢有优异的脱硫性能,有广阔的应用前景。